中国科学家研发出高效的化合物诱导多能干细胞新方法

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中国科学家开发了一种高效诱导多能干细胞的新方法

这种药剂具有神奇的细胞反向生长功能

研究人员给细胞添加“魔法药剂”。照片由中国科学院广州生物医学与健康研究所提供

最近，有一种新的方法可以快速而良好地诱导多能干细胞。研究人员开发了一套“魔药”，可以用来轮流“沐浴”细胞，从而实现各种体细胞类型的快速“再生”。

中国科学院广州生物医学与健康研究所研究员裴端庆带领的研究团队揭示了化学法制备干细胞的科学原理，为诱导多能干细胞和优化制备方法的研究提供了新的科学视角和解决方案。相关成果发表在国际权威期刊《细胞干细胞》上。

干细胞被用作培养器官和组织的“种子”，这些器官和组织可以取代自身的损伤或老化

“返老还童”是个神奇的词。几千年来，国内外的许多君主和皇帝都对它着迷，现代人不断追求永恒的青春。如今，细胞水平的“再生”已经在实验室成为现实，而关键技术是制备干细胞。

那么什么是干细胞呢？简而言之，干细胞是一种可以“改变”的细胞。

首先，它具有自我更新的能力，可以在动物胚胎和组织中一直分裂，并保持原来的未分化状态。其次，它具有分化的能力，即“转化”的能力。在不同的培养条件下，它可以成为具有不同功能的不同种类的细胞。第三，它是一种处于原始阶段的细胞，在细胞发育过程中没有完全分化和不成熟。

我们身体的几乎所有组织和器官都含有干细胞，如神经干细胞、造血干细胞、生殖干细胞、间充质干细胞等。这些干细胞被称为成体干细胞，因为它们只能进一步分化成特定类型的细胞。

“成体干细胞就像一棵大树的树干，而胚胎干细胞相当于那棵大树的根。胚胎干细胞不仅能保持无限的自我更新特性，还能在体内分化成多种组织细胞类型，一直被认为是最具临床应用价值的“通用细胞”颜端卿说:“也就是说，在不同的文化条件下，它可以成为不同种类的细胞，具有不同的功能，就像孙武空一样，想变得美丽而美丽，想变得英俊而英俊。”

干细胞是一个大家庭，根据不同的分类标准可以分为许多种类。上述成体干细胞和胚胎干细胞仅根据干细胞的来源标准进行分类。根据其发育水平和分化能力，也可分为多能干细胞、多能干细胞和多能干细胞。

严端庆说:“全能干细胞，如受精卵，是干细胞的最高状态，它最终能发育成完整的个体和胚胎外组织；多能干细胞，如胚胎干细胞，是具有无限增殖和多向分化潜能的干细胞，可分化为个体的所有器官和组织；单基因干细胞，如造血干细胞和神经干细胞，只有数量有限的密切相关的细胞类型。”

总之，干细胞具有“神奇的力量”，可以用于医学和基础研究的许多领域。然而，最接近现实的是再生医学，它使用干细胞作为“种子”来培养器官和组织，以取代受损的、自身患病的或老化的器官和组织。

通过用化合物诱导干细胞的多样性，多种体细胞类型可以再生

那么，我们如何在实验室获得干细胞呢？科学家可以通过分离和体外培养获得干细胞。通过引入外源基因，体细胞被去分化成多能干细胞，我们称之为诱导多能干细胞。

2007年，日本科学家山中伸弥的团队发明了诱导表皮细胞转化为多能干细胞的方法。通过这种方法诱导的干细胞可以转化为心肌和神经细胞，这为各种心血管疾病的研究和治疗提供了很大的帮助。这种方法被业界称为“山中伸弥法”，其研究成果避免了使用人类胚胎提取干细胞的伦理约束，因此在世界范围内得到广泛应用。山中伸弥获得了2012年诺贝尔生理学或医学奖。

然而，“shinya yamanaka方法”仍然存在一些缺陷，因为它使用病毒载体进行基因传递，这有可能导致癌症，并对未来的临床应用有很大的风险。后来，一些科学家用小化学分子代替山中伸弥因子来诱导多能干细胞，但存在步骤多、时间长、效率低、机制不清等缺点。

经过多年的研究，由裴端庆研究员领导的研究小组已经开发出一种通过小化学分子诱导多能干细胞的高效简单的方法，即复合诱导干细胞的多能性。

裴端庆说:“我们只需要轮流用两种不同的药剂‘浸泡’细胞，然后我们就可以把体细胞‘再生’到胚胎干细胞的状态。”这种方法比以前的方案更简单、更有效，并且需要更少的初始单元。更重要的是，可以实现多种体细胞类型的“再生”，包括极难在体外培养的肝细胞。”

它为药物诱导的细胞命运转化提供了新的方向，促进了再生医学的发展

这些神奇的“魔药”是如何在胚胎发育早期将成人细胞诱导成多能干细胞的？人们发现细胞的命运是由细胞核中“信息中心”的染色质状态控制的。

“细胞染色质的开放(1)和封闭(0)状态的总和构成了决定细胞命运的状态。这种情况就像一个计算机二进制“密码字符串”，然后将单元格锁定在特定状态。”裴端庆说道。

研究小组的进一步研究发现，成体细胞的开放染色质位点由转录因子家族成员如AP-1和ets保护，而胚胎干细胞的开放染色质位点由转录因子家族成员如oct、sox和klf保护。细胞的“再生”是指成体细胞特异性染色质从开放到闭合的替换过程，而干细胞特异性染色质从闭合到开放。

裴端庆说:“在这项研究中，我们用药物来精细地调节染色质上的编码状态‘编码串’。首先，我们用一组药物‘解开’体细胞的命运，然后用另一组药物把细胞的命运驱动到多能干细胞，从而实现细胞命运的‘返老还童’。”

有趣的是，研究人员还发现，药物驱动细胞“恢复”青春期，即药物首先驱动细胞回到由gata和fox转录因子家族成员保护的染色质中间状态，然后进一步回到类似于早期胚胎发育的多能干细胞状态。这一发现反映了药物驱动细胞再生在解锁程序设计中的特殊性和精巧性，为药物诱导细胞命运转化的应用研究提供了理论指导。

由于没有引入外源基因，裴端庆化合物诱导干细胞多能性的方法操作简单，诱导过程条件统一、规范，为制备干细胞应用的干细胞提供了一种安全有效的方法，具有广阔的应用市场。同时，它为药物诱导的细胞命运转化提供了新的方向，将极大地促进干细胞和再生医学的发展，为我国的医疗卫生事业服务。

中国科学院上海药物研究所研究员、国家新药筛选中心副主任谢欣表示，这种研究方法明显不同于传统的诱导方法，是一种全新的机制。此外，该研究大大提高了诱导效率，使化学诱导成为诱导多能干细胞的常规方法。更重要的是，这项研究使中国成为复合诱导多能干细胞领域的世界领导者。

“将来，可以根据所需的干细胞类型设计特定的药剂，并有目的地诱导各种干细胞。”裴端庆说，这只是开始，我们现在正在研究如何缩短“浸泡”细胞的时间，提高效率。(记者吴)

[我想纠正错误]负责编辑:姜晨